Patentlandschaftsanalyse von elektrochromen Glas-Smart-Materialien

Elektrochromes Glas hat im letzten Jahrzehnt aufgrund seines Potenzials zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden und Autos zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen. Nicolas Nowak, Senior Consultant und Leiter der Chemistry, teilt die wichtigsten Ergebnisse der Patentlandschaftsanalyse von Questel in diesem faszinierenden Innovationsbereich.

Mit dem Begriff „intelligente Materialien“ werden Materialien beschrieben, die äußere Kräfte wie Licht, Temperatur, Stress oder elektrische oder magnetische Felder wahrnehmen und darauf reagieren können. Ein solches intelligentes Material ist elektrochromes Glas, das die Energieeffizienz von Gebäuden und Autos verbessern kann, indem es die Menge des Sonnenlichts steuert, das durch ein Fenster fällt.

Was ist elektrochromes Glas?

Wir kennen Glas vor allem als Material der Wahl für Fenster und Flaschen und es verfügt über spezifische Eigenschaften (hohe Härte, Transparenz, Stabilität usw.), die es für diese Anwendungen sehr gut geeignet machen. Allerdings kann seine Transparenz auch einer seiner Hauptnachteile sein, wie zum Beispiel in Gebäuden und Autos, wo es sichtbares Licht und Infrarotstrahlung auch dann durchlässt, wenn Sie dies nicht möchten, was zu überhitzten Räumen führt.

Elektrochromes Glas beschreibt intelligente Glasarten, die als Reaktion auf eine elektrische Spannung ihre Tönung oder Opazität ändern können. Es besteht häufig aus zwei Glasschichten mit einer dünnen elektrochromen Beschichtung dazwischen. Im Standardzustand sind die Ionen innerhalb der Beschichtung zufällig verteilt, was dazu führt, dass das auf sie treffende Licht größtenteils gestreut oder reflektiert wird, wodurch das Glas dunkel oder undurchsichtig wird. Wenn jedoch elektrischer Strom angelegt wird, wandern Ionen innerhalb der Beschichtung oder richten sich aus, wodurch das Licht durchgelassen wird und das Glas transparent wird. Der Vorgang ist vollständig reversibel und die Farbtonänderung kann in Abhängigkeit von der angelegten Spannung moduliert werden.

Um die beste Leistung zu erzielen, benötigt elektrochromes Glas Software und Steuerungen, die vorgeben, wann und wie es getönt werden soll. Diese können eine Kombination aus prädiktiven und Echtzeit-Eingaben wie Wetter, Standort und Wolkendecke nutzen, damit die Software und Steuerungen Tageslicht, Blendung, Energieverbrauch und Farbwiedergabe den ganzen Tag über steuern können. Mit diesen und weiteren Einstellparametern kann sich das Glas je nach Licht- und Wärmeverhältnissen sowie den Vorlieben des Nutzers automatisch verändern.

Elektrochromes Glas könnte mit photochromen Gläsern verwechselt werden, die oft in „Übergangs“-(Sonnen-)Brillen verwendet werden, sich aber stark von diesen unterscheiden. Bei photochromen Gläsern verdunkelt sich das Glas, wenn die Anzahl der empfangenen Photonen zunimmt; Es sind keine externen Maßnahmen erforderlich, die Eigenschaft ist dem Material selbst inhärent und die Änderung erfolgt allmählich und sehr langsam im Vergleich zu den meisten elektrochromen Systemen.

Abgesehen von der Schnelligkeit der Wirkung der verschiedenen Arten von elektrochromen Gläsern liegen ihre Hauptvorteile in Folgendem:

• Energieeffizienz: Sie können den Energieverbrauch in Gebäuden und Autos senken, indem sie die Menge an Wärme und Licht regulieren, die in den Raum gelangt.
• Verbesserter Komfort: Sie können den Komfort der Bewohner verbessern, indem sie Blendung und Wärmeentwicklung reduzieren und so eine angenehmere und komfortablere Umgebung schaffen.
• Privatsphäre: Sie können Privatsphäre bieten, indem sie das Glas bei Bedarf verdunkeln und so den Bedarf an Vorhängen oder Jalousien reduzieren.
• Ästhetik: Mit ihnen lassen sich optisch ansprechende Fassaden und Innenräume gestalten und das Erscheinungsbild des Glases per Knopfdruck verändern.
   

Dank dieser Fähigkeit, die Licht- und Wärmeübertragung zu regulieren, finden sie auch in verschiedenen Branchen Anwendung, beispielsweise in der Automobil-, Bau-, Luft- und Raumfahrt- und Brillenindustrie. Darüber hinaus wurden sie kürzlich in Mobiltelefonen für ihre Kameraverschlüsse und Bildschirmanzeigen eingeführt, was zahlreiche Möglichkeiten für den Markt für elektrochromes Glas schaffen wird. Es wird erwartet, dass dieser Markt von 1,8 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 auf fast 4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wächst, was bedeutet, dass die weltweite Nachfrage um etwa 9 % pro Jahr steigen dürfte.

Analyse der Wettbewerbslandschaft und des Marktanteils für elektrochromes Glas

Die Analyse der Patentlandschaft bietet wertvolle Einblicke in Innovationen und hilft uns unter anderem, die Zukunft der Technologie vorherzusagen. In diesem Teil werde ich mitteilen, was uns Patentanmeldungen für elektrochrome Glasinnovationen über die nächste Generation dieser Materialien verraten können, einschließlich der wichtigsten Akteure der Branche und der wichtigsten Forschungs- und Entwicklungsmärkte (F&E), die hinter dieser innovativen Lösung stehen.

Was sagt uns die Patentdynamik über den Innovationsstatus dieser Technologie?

Um die Innovations- und F&E-Aktivitäten in dieser Technologie zu verstehen, haben wir eine Makrosuche mit unserer proprietären IP-Intelligence-Software durchgeführt. Durch die Analyse der gesammelten Patente mithilfe unserer IP-Beratungskompetenz konnten wir einen faszinierenden globalen Einblick in den Forschungsfortschritt und die Investitionen in diesem Bereich gewinnen.

Insgesamt umfasst die Datenbank 5.080 Patentfamilien, die in den letzten 20 Jahren angemeldet wurden. Die Dynamik der Patentanmeldungen offenbart eine etablierte Technologie, die in den letzten 20 Jahren immer noch einen Anstieg der Aktivität verzeichnete, obwohl dieser Trend in den letzten vier Jahren (2018–2021) zum Stillstand zu kommen scheint. Die Zahl der zurückgeholten Patentfamilien lag im Jahr 2003 bei etwa 70 und liegt nun bei etwa 440 Füllungen pro Jahr.

Intelligente Materialien: Geografische Hotspots für elektrochrome Glasinnovationen

Die Besetzung mit prioritären Ländern erfolgt am häufigsten in dem Land, in dem die Forschung und Entwicklung durchgeführt wird. Ein Blick auf diese Daten zeigt uns also, welche Länder am innovativsten sind und welche diejenigen sind, die ihre Erfindungen schützen möchten. Obwohl die drei größten Akteure Europäer und Amerikaner sind, gilt China mit etwa 52 % der Gesamtzahl der Patentfamilien immer noch als wichtigstes Ursprungsland für Erfindungen im Bereich elektrochromes Glas.

Es folgen US-amerikanische und japanische Unternehmen, wobei 17 % bzw. 9 % der Patente zuerst in diesen Ländern angemeldet werden. Der europäische Beitrag zu Forschungsaktivitäten ist im Vergleich zu Asien und den USA immer noch gering, aber die Anmeldeaktivität in Europa scheint wichtiger zu sein als zu Beginn des Zeitraums. Die zahlreichen europäischen Gesetze zur Einsparung des Energieverbrauchs von Gebäuden könnten einer der Gründe für diese Aktivität sein, obwohl sie immer noch weit unter dem Niveau Chinas und der USA liegt.

Marktabdeckung für elektrochrome Glasinnovationen

Es ist keine Überraschung, dass die meisten Erfindungen in den wichtigsten Innovationsländern veröffentlicht wurden, nämlich in China und den USA. Aber Europa klettert hier auf den dritten Platz, da der Markt mit fortschrittlicheren Energiesparprogrammen wie dem Green Deal reifer zu sein scheint.

Elektrochromes Glas: Patentdynamik und Top-Player

Zu den wichtigsten Innovationsinvestoren in Patente für elektrochromes Glas zählen bedeutende Akteure aus der Glas- und Chemieindustrie. Der Hauptbeitragszahler ist Saint-Gobain – insbesondere seine Tochtergesellschaften Saint-Gobain Glass und Sage Glass. Der Konzern besitzt 175 Patentfamilien, von denen 148 noch leben.

View ist ein reiner Akteur auf diesem Gebiet und hat sich auf intelligente Fenster spezialisiert. Das Unternehmen verfügt über 115 Patentfamilien in unserer Datenbank, von denen 110 aktiv sind. Allerdings hatte das Unternehmen zuletzt Probleme mit der US-Börsenaufsicht SEC (Securities and Exchange Commission), die mutmaßliche Betrugsvorwürfe erhoben hat . Dennoch ist sein Patentportfolio nach wie vor führend und könnte potenzielle Käufer oder Investoren für das Unternehmen interessieren.

Weitere wichtige Akteure sind Corning, LG Chem, BOE Technology Group und Schott, bei denen es sich um etablierte Unternehmen handelt, die in das Feld einsteigen oder sich eine führende Position als sichtbarer Akteur in diesem Bereich sichern. Allerdings gibt es auch kleinere Unternehmen, von denen die meisten reine Player sind; zum Beispiel Gentex, ein Originalgerätehersteller (OEM) für Automobilhersteller, der auf die Entwicklung und Herstellung kundenspezifischer High-Tech-Elektronikprodukte für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtbranche spezialisiert ist. Ebenso ist Halio (ehemals Kinestral Technologies) im Bauwesen als Entwickler und Hersteller fortschrittlicher elektrochromer Technologie zur Herstellung schnell tönender Smart-Glasfenster tätig.

Die folgende Tabelle zeigt die Patentaktivität einiger Hauptakteure in den letzten 10 Jahren.

Was wir hier sehen können, ist, dass Saint-Gobain, ein etablierter Akteur in der Glasindustrie, immer noch innovativ auf diesem Gebiet ist und die Patentaktivität des Unternehmens in den letzten fünf Jahren den höchsten Stand aller Zeiten erreicht hat. Andererseits scheinen Corning, Schott und AGC Glass, drei weitere Hauptakteure der Glasindustrie, ihre Aktivitäten im Bereich elektrochromer Gläser langsam zu reduzieren.

Ein weiterer interessanter Aspekt dieser Grafik ist die jüngste Ankunft von Akteuren aus der Telekommunikationswelt (Guangdong Oppo Mobile Telecommunications, Truly Opto-electronics, Legend Vision Electromechanical) zwischen 2017 und 2019, die Patente für elektrochromes Glas mit einer Hauptanwendung für Mobiltelefone einreichten . Die Analyse der Patentlandschaft bestätigt hier das wachsende Interesse der Branche an diesen Materialien.

Wir können daher deutlich erkennen, dass der Markt für elektrochrome Gläser dank der Nachfrage aus drei Hauptsektoren wachsen wird:

• die Bauindustrie, in der elektrochrome Gläser dabei helfen können, Wärme und Licht zu regulieren und vor dem Hintergrund des Klimawandels Energie zu sparen;
• die Automobilindustrie, deren Glasschiebedächer ebenfalls von diesen Innovationen profitieren würden, indem sie zur Regulierung von Licht und Wärme beitragen würden, und
• der Mobilfunksektor, der in den letzten fünf Jahren eine stark wachsende Nachfrage verzeichnete.

Die Analyse der Patentlandschaft kann wertvolle Einblicke in F&E- und Innovationstrends und -märkte liefern, wie wir hoffen, dass diese Analyse zum elektrochromen Glas zeigt. Für weitere Einzelheiten zur Patentaktivität im Mobilfunksektor oder für spezifische Beratung oder Unterstützung wenden Sie sich an das Questel IP -Beratung Team .

Für weitere Einblicke folgen Sie unseren Veröffentlichungen und Webinaren in unserem Ressourcen-Hub und auf der Seite „Webinare und Veranstaltungen“ .

Über den Autor

Nicolas Nowak ist Senior Consultant für IP-Strategie und Innovation und Praxisleiter des Chemistry . Nicolas verfügt über einen Master-Abschluss in Analytischer Chemistry und Qualitätsmanagement sowie einen Doktortitel in Materialchemie und verfügt über mehr als 16 Jahre Erfahrung in anorganischer Chemie, Projektmanagement und Beratungstätigkeiten. Nicolas arbeitete unter anderem für COLAS SA an glasbasierten Verbundmaterialien für Visualisierungs- und Sicherheitsanwendungen und für Johnson Matthey als leitender Wissenschaftler an neuen Gläsern und Metallisierungssilberpasten für Solarzellenanwendungen.